Proiect Da.docx

DINAMICA AUTOVEHICULELOR II - REFERAT

–

ȘOCURILE ȘI VIBRAȚIILE AUTOVEHICULELOR–

ÎNDRUMĂTOR: STUDENT: SPECIALIZARE: AN: IV

Conf.dr.ing. Adrian Todoruț Cărăușan Horațiu Autovehicule Rutiere/Gr. 2441

CUPRINS

Introducere…………………………………………………………………........……..........3 Clasificarea vibrațiilor la autovehicule……………………………………….....................4 Criterii si parametrii pentru aprecierea confortabilității autovehiculelor…….………...6 Factori perturbatori care acționeaza asupra autovehiculelor………………….…….…..7 Studiul vibrațiilor autovehiculelor pe modele dinamice și matematice……………….....8 Vibrații de torsiune în transmisiile autovehiculelor……………………………….….....12 Bibliografie…………………………………………………………………………........…13

2

Introducere - Generalități despre vibrațiile autovehiculelor Vibrațiile în cazul autovehiculelor reprezintă un fenomen nedorit. Ele cauzează o multitudine de efecte nedorite precum : creșterea consumului, deteriorarea ansamblelor și subansamblelor autovehiculului, dar pot fi și transmise mediului în care acesta se deplasează. Totodată, acestea pot apărea ca o consecință a zgomotului produs de autovehicul. Pentru asigurarea siguranței și a confortului, este foarte importantă aprecierea valorilor vibrațiilor transmise de către drum către caroserie. Vibroacustica este disciplina științei care descrie proprietățile vibrațiilor și a semnalelor acustice, utile în diagnoză și cercetare. Fenomenul ce stă la baza cercetării vibrațiilor este efectul rezonant. Rezonanța amplifică răspunsul vibrațiilor mai mult decât nivelul de reflexie și de încărcarea statică. Rezonanța este determinată de proprietățile materialelor precum : masa, duritatea dar și structura acestora.[1] În cadrul producției componentelor structurale, tipul de material utilizat dar și tehnologia și forma geometrică joacă un rol decesiv în funcționare. Se va pune accent pe proprietățile dinamice ale materialelor în proiectarea subansamblelor ce intră în componența autovehiculelor. Este important să luăm în considerare faptul că pentru conducător și pasageri, expunerea la vibrații poate genera disconfort pe termen scurt. [1] Gradul de confort al unui automobil fiind dat de nivelul vibraţiilor ce se transmit la pasager conduce la necesitatea studierii vibraţiilor pentru a putea determina criteriile de optimizare a confortului. Pe de alta parte, datorita vibraţiilor, reacţiunile normale la roţi sunt variabile iar în cazul când acestea se anulează, automobilul nu mai răspunde la comenzile de direcţionare.Rezultă de aici, că din studiul vibraţiilor reacţiunilor normale la roti se pot obţine criterii pentru imbunatatirea siguranței in circulație. Masurarile de vibratii pot fi clasificate in trei mari categorii: masurarea raspunsurilor, masurarea excitatiilor si masurarea simultana a excitatiei si raspunsului. Masurarea simultana a excitatiei si raspunsului se face cu scopul de a determina caracteristicile dinamice ale sistemului si structura modelului matematic al acestuia.

3

Clasificarea vibratiilor

Șocurile si vibrațiile autovehiculelor depind de starea drumului sau a terenului pe care se realizează deplasarea, de construcția ansamblelor și subansamblelor componente, de construcția în ansamblu a autovehiculului considerat. Dupa cauze, șocurile și vibrațiile autovehiculelor, pot fi clasificate în: 

Șocuri și vibrații determinate de denivelarile si neregularitațile suprafeței drumului sau a terenului, de rafalele de vant, de frânarea autovehiculului,etc.



Șocuri și vibrații provocate de motor, transmisie, direcție și sistemul pneu-roata-drum.

În cazul autovehiculelor se studiază:

 Vibrații libere, care pot fi neamortizate și amortizate, in vederea determinării pulsațiilor propri, a modurilor propri de vibrație. De asemenea studiul acestor vibrații permite determinarea influenței maselor suspendate și nesuspendate, a caracteristicilor elastice și de amortizare ale suspensiei asupra lor, asupra confortabilității si a regimului de deplasare;

 Vibrații forțate sau întreținute care solicită permanent autovehiculele în timpul deplasării. Studiul acestor vibrații permite stabilirea influenței diverșilor factori perturbatori asupra comportării autovehiculului din acest puct de vedere, precum și determinarea pulsațiilor periculoase ale factorilor perturbatori, pt evitarea functionării sistemului.

4

În timpul deplasării, la autovehicule pot fi intalnite următoarele tipuri de vibrații: 1. Vibrații ale șasiului și ale caroseriei, considerate ca un corp rigid așezat pe suspensia elastic formată din arcuri sau pneuri. Aceste vibrații au character de vibrații libere provocate de neregularitațile drumului sau terenului și actionează sub forma de șocuri. 2. Vibrațiile de torsiune și încovoiere ale pieselor motorului și subansamblelor transmisiei. Aceste vibrații se studiază pe modele dinamice echivalente cu un numar mai mare sau mai mic de grade de libertate. Numarul gradelor de libertate sunt în funcție de numarul de cilindrii ai motorului 3. Vibrațiile motorului, ambreiajului și cutie de viteze în ansamblu față de cadrul autovehiculului. Aceste ansamble in mod obisnuit sunt montate elastic față de cadru și daca rezemarea este necorespunzatoare se poate ajunge la desfacerea prematuraa îmbinarilor, la fisuri și ruperi ale cadrului și carterelor. 4. Vibrații de fluturare ale rotilor de direcție care se manifestă prin oscilațiile roților într-un plan perpendicular pe direcția de deplasare. O forma a acestor oscilații o reprezintă fenomenul shumy care constă în ridicarea succesiva a roților de direcție de pe suprafața drumului, urmele lăsate de roți cu forme curbilinii. 5. Vibrații ale scaunelor conducatorilui auto și a pasagerilor, care determina în cea mai mare parte confortabilitatea autovehiculelor. Aceste vibrații apar ca urmare a însumarii factorilor perturbatori exteriori și interiori care acționeaza asupra autovehiculului și se transmit corpului omenesc. 6. Oscilațiile la autotrenuri. Cand un autocamion tracteaza una sau mai multe remorci pot să apară oscilații, pe direcția de deplasare între mobilele în miscare. Ca urmare forta de tractiune din dispozitiul de remorcare va avea un caracter variabil.

7. Vibratiile de inalta frecventa a cadrului caroseriei datorate neregularitatilor suprafetei drumului sau terenulu

5

Criterii si parametrii pentru aprecierea confortabilității autovehiculelor Confortabilitatea autovehiculelor este determinată, în primul rând, de efectele pe care le au vibrațiile acestora asupra conducatorilor auto și a persoanelor transportate , fiind condiționată de nivelul zgomotului, temperatură și umiditatea aerului din habitaclu, viteza curenților de aer, poziția de ședere pe scaun, calitatea suspensiei scaunului, etc. Vibratiile mecanice pot fi transmise omului in trei feluri: - asupra intregului corp, prin toata suprafata sa - asupra intregului corp, prin suprafata de contact cu mediul inconjurator - asupra unor parti ale corpului

Vibratiile se evalueaza in general prin marimile cinematie, acceleratii, viteze, deplasari si prin frecvente. Limitele admisibile ale vibratiilor suportate de om se stabilesc in functie de urmatorii parametri: marimea vibratiei (acceleratie, viteza, deplasare), frecventa, durata de expunere, directia vibratiei fata de corp, criteriul de nocivitate (prag de percepere, oboseala, pericol pentru sanatate).

Fig.1. Transmiterea vibratiilor

6

Factori perturbatori care acționeaza asupra autovehiculelor Vibratiile autovehiculelor sunt provocate de factori perturbatori exteriori si interiori. Prin caracteristicile drumului sau terenului, (lungimea, inaltimea, forma, profilul) si frecventei neregularitatilor se limiteaza viteza de deplasare a autovehiculelor. De asemenea, parametrii constructivi si functionali ai autovehiculelor conditioneaza regimul lor de plasare pe diferitecategorii de drumuri sau terenuri. Factori perturbatori externi: Factorii perturbatori externi cu actiune continua sunt determinati de profilul suprafetei drumului sau terenului si are de obicei un caracter aleator. Profilul suprafetei drumului se caracterizeaza prin lungimea l, inaltimea h si frecventa neregularitatilor. Cand numarul de neregularitati ale suprafetei drumului este constant peunitatea de lungime, intensitatea vibratiilor autovehiculelor este determinate de inaltimea h a neregularitatilor. La o forma lina a neregularitatilor, profilul suprafetei drumului poate fi admis sinusoidal, figura 2.

Fig.2. Profilul sinusoidal al suprafetei drumului: a) in functie de timp; b) in functie de spatiu

Relația matematică ce descrie profilul sinusoidal al suprafeței:

Parametrii principalelor categorii de drumuri:

Factori perturbatori interni: Ca factori perturbatori interni putem aminti în principal motorul, fiind cea mai proeminentă sursă de vibrații și orice alt organ de mașină cu piese în mișcare relativă ( diferențial, transmisie, diverse pompe).

Studiul vibrațiilor autovehiculelor pe modele dinamice și matematice a)

Vibrații libere

Cel mai simplu model dinamic al unui autovehicul constă dintr-o masă m rezemată elastic pe un arc elicoidal, cu constanta elastică k liniară. Prin m se ia în considerare întreaga masa a autovehiculului, iar prin k se are în vedere constanta elastică a suspensiei și a pneurilor. Poziția z=0 corespunde stării de echilibru static a autovehiculului. Sub acțiunea unui impuls vertical, masa m este scoasă din echilibru și v-a oscila în jurul poziției de echilibru static.

Fig. 3 Modelul dinamic cu un singur grad de libertate pentru studiul vibratiilor libere Ecuația de echilibru a masei m este:

Accelerația verticală a masei m

Deplasarea verticală a masei m

Tratarea vibrațiilor autovehiculelor pe un model simplificat, cu un singur grad de libertate, permite stabilirea parametrilor de ansamblu a acestora, în primul rând a pulsației proprii și a frecvenței. Cunoscând acești parametrii poate fi făcută o apreciere globală a calității suspensiei autovehiculului respectiv. Se recomandă în general ca frecvența vibrațiilor libere să aibă valori relative reduse, mai mic decat valorile frecvenței perturbației, în scopul evitării fenomenului de rezonanță.

8

b)

Vibrații amortizate. Influența amortizoarelor.

Din rezultanta forțelor de amortizare, din amortizoarele autovehiculului, a frecărilor interne din pneuri și a frecărilor din arcuri, mișcarea oscilatorie, pe direcția verticală, este amortizată. Se admite pentru început, că forțele de amortizare sunt proporționale cu viteza vibrației. Există situații în care aceste forțe depind de pătratul vitezei sau amortizarea se realizează ca urmare a frecării uscate. La autovehiculele cu arcuri din foi, forța de frecare dintre foi contribuie la amortizarea vibrațiilor, forța de amortizare fiind o forță de frecare uscată care este constantă ca valoare, dar variabilă ca sens în funcție de sensul vitezei.

Fig.4 Discutarea ecuatiei caracteristice pentru pentru modelul dinamic cu un singur grad de libertate

c)

Vibrațiile forțate ale autovehiculelor

În timpul deplasării autovehiculele sunt supuse acțiunii vibrațiilor forțate sau întreținute cu amortizarea. Modelul dinamic cu o masă pentru studiul acestor vibrații este prevazută în următoarea figură:

Fig.5 Model dinamic cu o masa pentru studiul vibratiilor intretinute ale autovehiculelor

9

Ecuația de mișcare, scrisă pe baza principiului lui D`Alambert, este:

h microprofilul drumului (factorul perturbator)

d)

Modelul dinamic pentru studiul vibrațiilor vertical

Studiul mai în profunzime a vibrațiilor verticale ale autovehiculelor necesită luarea în considerare a influențelor maselor suspendate și nesuspendate ale acestora. De asemenea, trebuie să se evidențieze influența elementelor elastice și de amortizare ale suspensiei și pneurilor asupra vibrațiilor verticale ale autovehiculelor. Pentru aceasta se utilizează modele dinamice cu două grade de libertate.

Fig.6 Model dinamic cu doua mase pentru studiul vibratiilor verticale ale autovehiculelor

Conform figurii de mai sus: m1 este masa parților nesuspendate, m2 masa suspendată a autovehiculului; k1 constanta elastică radială echivalentă pneurilor; k2 constanta elastică echivalentă arcurilor suspensiei; c1 coeficientul de amortizare echivalent al pneurilor; c2 coeficientul de amortizare echivalent al amortizoarelor autovehiculului.

10

e)

Studiul vibrațiilor aleatoare

Vibrațiile verticale ale autovehiculelor determinate de neregularitățile suprafeței drumului au un caracter aleator. Se consideră funcția aleatoare Q(t) care în cazul cel mai general prezintă o mărime oarecare a vibrației. Această funcție se poate realiza cu anumite frecvențe. Pentru determinarea frecvențelor de realizare a diverselor valori ale funcției Q(t), se trasează o dreaptă paralelă cu axa timpului, situate una față de cealaltă la o distanță constantă ΔQ.

Fig. 7 Functia aleatoare: a) graficul Q(t), b) distributia frecventelor intersectiilor

f)

Aspecte privind vibrațiile neliniare ale autovehiculelor

În vederea asigurării confortabilității autovehiculelor la toate regimurile de încărcare și de deplasare s-au realizat suspensii cu caracteristici elastice și de amortizare nelineare.

11

Vibrații de torsiune în transmisiile autovehiculelor În vederea asigurării confortabilității autovehiculelor la toate regimurile de încărcare și de deplasare s-au realizat suspensii cu caracteristici elastice și de amortizare nelineare. Transmisia unui autovehicul reprezinta un sistem oscilant de mare complexitate. Acest sistem este format din mase inertiale (volant) in miscare de rotatie, peste care se suprapun vibratiile de torsiune. Datorita vibratiilor de torsiune, care apar in procesul de exploatare al autovehiculului, in elementele componente ale transmisiei apar solicitari dinamice, variabile in limite foarte largi.

Vibratiile de torsiune din transmisie apar la: -

pornirea din loc si demarajul autovehiculului;

-

la schimbarea treptelor de viteze;

-

in timpul franarii;

-

la deplasarea autovehicului peste neregularitatile drumului.

Vibratiile din transmisie sunt in stransa corelatie cu oscilatiile exterioare ale autovehiculului.Studiul amanuntit al vibratiilor de torsiune din transmisie poate fi facut pe modele dinamice complexe, care asigura cuplarea acestora cu oscilatiile exterioare.

12

Bibliografie [1]- RESEARCH OF VIBRATION DISTRIBUTION IN VEHICLE CONSTRUCTIVE, Rafał

Burdzik, Radovan Doleček [2]- Untaru Marin, Campian Enache s.a,- Dinamica Autovehiculelor [3]- Barbu Dragan - Controlul vibrațiilor și zgomotului, EDITURA “GH. ASACHI” IAŞI [4]- Untaru M , A. Stoicescu s.a – Dinamica Autovehiculelor pe roți, 1981

13